JP5197814B2 - ３次元映像表示装置 - Google Patents

Description

実施形態は、３次元映像を表示する３次元映像表示装置に関する。

動画表示が可能な３次元映像表示装置、所謂、３次元ディスプレイには、種々の方式が知られている。近年、特にフラットパネルタイプで、且つ、専用のメガネ等を必要としない方式が強く要望されている。この専用のメガネを必要としないタイプの３次元映像表示装置の一つには、直視型或いは投影型の液晶表示装置又はプラズマ表示装置等のように画素位置が固定されている表示パネル（表示装置）の直前に光線制御素子が設置され、表示パネルからの光線が制御されて観察者に向けられる方式がある。ここで、光線制御素子は、光線制御素子上の同一位置を観察しても、観察する角度により異なる映像が見えるような機能を与えている。

このような光線制御素子を用いた３次元画像表示方式は、視差（異なる方向から見ることによる見え方の差）の数や設計指針によって、２眼式、多眼式、超多眼式（多眼式の超多眼条件）、インテグラル・イメージング（以下、ＩＩとも云う）式等に分類される。２眼式は、両眼視差に基づいて立体視させているが、それ以外の方式は、程度の差はあれ運動視差を実現することができることから、２眼式の立体映像と区別して３次元映像と呼ばれる。これらの３次元映像を表示するための基本的な原理は、１００年程度前に発明され３次元写真に応用されるインテグラル・フォトグラフィ（ＩＰ）の原理と実質的に同一である。

これら各方式の中で、ＩＩ方式は、視差を提示する方向を増やすことにより、視点位置の自由度を高め、比較的広い範囲で立体視できるという特徴を実現している。視差の提示方向は、光学的開口部に対応する画素の数に応じて増やすことができる。しかし、光学的開口部は、３次元映像の解像度に直接関与していることから、同一の解像度の表示装置を用いる場合には、解像度が低下しやすい。このため、１次元ＩＩ方式では、視差を提示する方向を水平に限定することで、非特許文献１に記載されているように、解像度の高い表示装置を実現することができる。一方、２眼方式或いは多眼方式では、立体視できる視点位置を限定し、それ以外の位置で立体視することを放棄することにより、視差を提示する方向を減らしている。このため、２眼方式或いは多眼方式は、１次元ＩＩ式に比べて、比較的容易に解像度を高くすることができる。また、視点位置から取得した画像のみで３次元画像を生成できることから、映像を作成するための負荷を下げることができる。ただし、視点位置が限られることにより、長時間の３次元映像の視聴が難しい問題もある。

このような光学的開口部を用いた直視型裸眼３次元表示装置においては、光学的開口部の１方向の周期構造と、平面表示装置にマトリクス状に設けられた画素を隔てる遮光部、又は、画素のカラー配列の水平方向（第１の方向）の周期構造が光学的に干渉することに基づいて、モアレ或いは色モアレが発生するという問題がある。その対策として、画素の遮光部のレイアウトを工夫するという手法が特許文献１、２及び３に開示されている。しかしながら、例えば、特許文献４に開示されるように、光線制御素子を電気的にON/OFFすることで、光線制御素子がない状態においても、高精細な二次元表示を実現するような系では、光線制御素子が無い状態においても、元の表示品位が維持されていることが望ましい。このような場合は、光線制御素子の周期性と画素の周期性に角度をなす、即ち、光学的開口部を斜めに傾ける方法が特許文献５に知られている。しかしながら、傾きの制御だけでは、モアレを完全に解消できない場合があることが明らかとなっている。特許文献６に開示されるように、拡散成分を追加してモアレを解消する方法の採用も可能であるが、視差情報の分離を悪化することから、画質の低下が避けられない問題がある。

特許第３５２５９９５号公報 特許第４１９７７１６号公報 特開２００８−２４９８８７号公報 特許第３９４０７２５号公報 米国特許第６、０６４、４２４号公報 特開２００５−８６４１４号公報

上述のように、１方向に限定された周期性を持つ光線制御素子と二次元的に画素が配列された平面表示装置を組み合わせた従来の３次元映像表示装置においては、周期的に設けられた光学的開口部と平面表示装置の画素の周期性が互いに干渉して輝度ムラ（モアレ）が発生する問題がある。光学的開口部の角度を調整することにより、光学的開口部の周期性と画素の周期性との関係を制御しモアレを抑制する方法が知られているが、それだけでは、モアレが十分に解消しないケースがあり、具体的には、画素の開口形状が単一でない場合に問題が発生することが明らかとなっている。

この実施の形態は、光学的開口部を傾けて配置するとともに画素形状を改変することで、モアレを解消し、３次元映像の画質を向上させることを目的としている。

実施形態に係る３次元画像表示装置は、
第１の方向及びこの第１方向に直交する第２の方向に沿って画素周期ｐｐで画素がマトリクス状に配列され、当該画素が異なる色を表示する複数のサブ画素で構成されている表示部と、及び
前記表示部に対向して設置される光線制御素子であって、前記第２の方向に対してある角度θを成すように傾けられて直線状に延出され、かつ、この延出方向に直交する方向に沿って配列されている多数の光学的開口部から構成されている光線制御素子と、
を具備している。

この実施形態に係る３次元画像表示装置では、
前記サブ画素が夫々当該サブ画素の色を表示する開口部及びこの開口部を定める遮光部で第１及び第２のパターンの一方を有するように構成され、前記同色のサブ画素が前記第２方向に沿って前記第１及び第２パターンの交互配列或いは前記第２及び第１パターンの交互配列で配列され、前記サブ画素が互いに線対称或いは点対称の関係を与えないようにマトリクス状に配列されている。

実施形態に係る３次元映像表示装置を概略的に示す斜視図である。 画素配列を説明する為の比較例１に係る説明図であって、図１に示される３次元映像表示装置における観察される画素配列の一部を概略的に示す平面図である。 図１に示される３次元映像表示装置における光学的開口部を通過する画素からの光線軌跡を概略的に示す３次元画像表示装置の部分的水平断面図であって、観察位置に応じて、観察される画素が変化することが説明的に示されている水平断面図である。 図１に示される３次元映像表示装置において、観察位置に応じて、光学的開口部越しに観察される輝度が変化することを説明する比較例１に係る輝度特性を示すグラフである。 画素配列を説明する為の比較例２に係る説明図であって、図１に示される３次元映像表示装置における観察される画素配列の一部を概略的に示す平面図である。 図１に示される３次元映像表示装置において、観察位置に応じて、光学的開口部越しに観察される輝度が変化することを説明する比較例２に係る輝度特性を示すグラフである。 図１に示される３次元映像表示装置における画素を構成する線対称で形成されるサブ画素のパターンを説明する模式図である。 図１に示される３次元映像表示装置における画素を構成する点対称で形成されるサブ画素のパターンを説明する模式図である。 図１に示される３次元映像表示装置において、比較例３に係るサブ画素配列を説明する為の説明図であって、２種類のサブ画素が市松状に設けられている画素配列の一部を概略的に示す平面図である。 図９に示される比較例３に係る画素配列を有する表示装置が用いられる３次元映像表示装置において観察されるモアレパターンを示す平面図である。 （ａ）は、図９に示される比較例３に係る１列の画素配列を抜き出し、光線制御素子の光学開口がある座標軸Yに、例えば、垂直方向Ｙに、一致するように傾けて示した平面図であり、また、（ｂ）は、（ａ）の光学開口をＹ方向に探索して足し合わせた結果を、光学開口の法線方向であるＸ方向に並べることにより求めた、Ｘ方向に依存した輝度変化を示すグラフである。 図１１（ｂ）に示した比較例３に係る輝度分布をフーリエ変換して求められた周波数分布を示すグラフである。 図１に示される３次元映像表示装置において、比較例４に係るサブ画素配列を説明する為の説明図であって、第１パターンのサブ画素のみで構成されている画素配列の一部を概略的に示す平面図である。 図１０に示される比較例４に係る画素配列を有する表示装置が用いられる３次元映像表示装置において観察されるモアレパターンを示す平面図である。 （ａ）は、図１０に示される比較例４に係る１列の画素配列を抜き出し、光線制御素子の１つの光学開口が垂直方向Ｙに一致するように傾けて示した平面図であり、また、（ｂ）は、（ａ）の光学開口をＹ方向に探索して足し合わせた結果を、光学開口の法線方向であるＸ方向に並べることにより求めた、Ｘ方向に依存した輝度変化を示すグラフである。 図１５（ｂ）に示した比較例４に係る輝度分布をフーリエ変換して求められた周波数分布を示すグラフである。 図１に示される３次元映像表示装置において、実施例１に係るサブ画素配列を説明する為の説明図であって、２種類のサブ画素が市松状に設けられ、遮光部の一部のレイアウトが変更されている画素配列の一部を概略的に示す平面図である。 図１７に示される実施例１に係る画素配列を有する表示装置が用いられる３次元映像表示装置において観察されるモアレパターンを示す平面図である。 （ａ）は、図１７に示される実施例１に係る１列の画素配列を抜き出し、光線制御素子の１つの光学開口が垂直方向Ｙに一致するように傾けて示した平面図であり、また、（ｂ）は、（ａ）の光学開口をＹ方向に探索して足し合わせた結果を、光学開口の法線方向であるＸ方向に並べることにより求めた、Ｘ方向に依存した輝度変化を示すグラフである。 図１９（ｂ）に示した実施例１に係る輝度分布をフーリエ変換して求められた周波数分布を示すグラフである。 図１に示される３次元映像表示装置において、実施例２に係るサブ画素配列を説明する為の説明図であって、２種類のサブ画素が市松状に設けられ、部分的に遮光部が付加されて対称性を失うようにレイアウトが変更されている画素配列の一部を概略的に示す平面図である。 図２１に示される実施例２に係る画素配列を有する表示装置が用いられる３次元映像表示装置において観察されるモアレパターンを示す平面図である。 （ａ）は、図２１に示される実施例２に係る１列の画素配列を抜き出し、光線制御素子の１つの光学開口が垂直方向Ｙに一致するように傾けて示した平面図であり、また、（ｂ）は、（ａ）の光学開口をＹ方向に探索して足し合わせた結果を、光学開口の法線方向であるＸ方向に並べることにより求めた、Ｘ方向に依存した輝度変化を示すグラフである。 図２３（ｂ）に示した実施例２に係る輝度分布をフーリエ変換して求められた周波数分布を示すグラフである。 図１に示される３次元映像表示装置において、実施例３に係るサブ画素配列を説明する為の説明図であって、２種類のサブ画素が市松状に設けられ、部分的に遮光部が付加されて対称性を失うようにレイアウトが変更されている画素配列の一部を概略的に示す平面図である。 図２５に示される実施例３に係る画素配列を有する表示装置が用いられる３次元映像表示装置において観察されるモアレパターンを示す平面図である。 （ａ）は、図２５に示される実施例３に係る１列の画素配列を抜き出し、光線制御素子の１つの光学開口が垂直方向Ｙに一致するように傾けて示した平面図であり、また、（ｂ）は、（ａ）の光学開口をＹ方向に探索して足し合わせた結果を、光学開口の法線方向であるＸ方向に並べることにより求めた、Ｘ方向に依存した輝度変化を示すグラフである。 図２７（ｂ）に示した実施例３に係る輝度分布をフーリエ変換して求められた周波数分布を示すグラフである。

以下、図面を参照して、実施の形態に係る３次元映像表示装置を詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る３次元映像表示装置を概略的に示す斜視図である。平面表示装置１の前面には、光線制御素子２が配置されている。この光線制御素子２においては、光学的開口部３（ここでは、シリンドリカルレンズ）が第１方向、例えば、水平方向に沿って配置され、この第１方向に直交する第２方向、例えば、垂直方向に対してある角度θを成して延出されている。より詳細には、光学的開口部３（例えば、シリンドリカルレンズ）の水平ピッチ（第１方向ピッチ）がＬ１［ｐｐ］に、垂直ピッチ（第２方向ピッチ）がＬ２［ｐｐ］に定められ、光学的開口部３の延出方向（シリンドリカルレンズの稜線方向）は、第２方向に対して角度θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ１／Ｌ２）を成すように延出され、第１方向、例えば、水平方向に沿ってピッチＬ１［ｐｐ］で周期的に配置される。

光線制御素子２が左右視差（水平視差）のみを与える場合には、光線制御素子２には、スリット（視差バリア）或いはシリンドリカルレンズのような光学的開口部が一次元方向に周期的に配置されている。このような光線制御素子は、バリアまたはレンチキュラーシートと称せられる。

尚、本実施形態では、シリンドリカルレンズが用いられる光線制御素子について具体的に説明するが、光線制御素子２が液晶レンズ等で構成される光学素子で構成されても良い。このような光学素子では、その内に多数の液晶レンズを生じさせることができ、３次元映像を表示する際にのみ、必要に応じて液晶レンズを生じさせることができ、２次元映像を表示する際には、この液晶レンズを消失させることができる。従って、選択的に２次元映像及び３次元映像を表示できる表示装置を実現することができる。液晶レンズ等で構成される光学素子にあっては、印加する電圧に応じて、光学素子内の液晶の屈折率が変化して、光線制御素子２内に、例えば、シリンドリカルレンズと同様な液晶レンズが生じて液晶光線を制御することができる。

図２は、画素配列の説明図であって、図１に示す平面表示装置１における第２方向に沿った画素４の配列の一部を拡大して概略的に示している。平面表示装置１は、画素４が水平並びに垂直方向（第１及び第２方向）に沿ってマトリックス状に画素ピッチｐｐで配置されて表示面が構成され、各画素４は、水平方向（第１方向）に沿って配列されたサブ画素５から構成され、このサブ画素５は、光線を透過する画素開口部６及び光線を遮蔽する画素遮光部７とから構成されている。一般的には、各画素４は、画素領域内が水平方向に３セグメントに分割されてＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）及びＢ（ブルー）のフィルタ機能を有するサブ画素で略正方形（ｐｐ×ｐｐの正方形）となるように形成される。従って、各サブ画素１は、辺の長さが１：３の長方形に形成される。平面表示装置１の背面に配置されたバックライト（図示せず）から射出された光線は、この画素開口部６を経由することで、ＲＧＢのいずれかの色の光線として表示部の前方に照射される。この光線は、光線制御素子２の光学的開口部３を通過することで、射出方向が制御された光線となって前方に投射されて３次元画像が表示される。

このような３次元映像表示装置において、通常、光学的開口部３に対してサブ画素５が周期性を有するように配置されていることから、３次元映像を観察する観察者においては、周期性の干渉に基づくモアレを観察することとなる。この実施形態では、発明者の知見に基づき、サブ画素の画素開口部６の形状が２種類以上の場合に、互いに線対称或いは点対称の関係を与えないように設計することで、モアレを抑制することができるとしている。以下の説明では、この実施形態がモアレ抑制に最適であることをより良く理解可能とする為に、図２〜図８に示す比較例１から３を参照してモアレの発生について説明する。

（比較例１）
図２には、モアレが生ずる単純な光学系の一例（比較例１）として、光学的開口部３の稜線８（光学開口３の軸線或いは中心線）が第２の方向(垂直方向）に一致されている光学配置が示されている。ここで、ある方向（ある角度）から光学的開口部３が観察される場合に、画素４上で観察される稜線８（光学開口３の軸線或いは中心線）を示す破線が図２に示されている。このような光学配置において、図３に水平断面図で示されるように、画素４から出た光線は、光学的開口部３を経由することで、射出方向が制御されて表示装置の前方に照射される。この制御は、別の観点からは、観察位置の変化（観察角度の変化）に応じて、光学的開口部３を経由して観察される画素４上の位置がシフトされ、その変化した位置から、見えるべき視差情報が表示される画素のみが観察されることを意味している。ここで、画素４には、これまで述べたように遮光部７が設けられていることから、観察角度に依存して図４に示されるように、周期性を持って輝度が変化される。この輝度は、第１方向（水平方向）の位置における画素開口部６の開口高さ（第２方向としての垂直方向の開口部の長さ）の合計に依存して定められ、第１方向（水平方向）のある位置において、第２方向（垂直方向）上に遮光部７が連続すれば、開口高さの合計値がゼロとなり、輝度がゼロとなる。また、第１方向（水平方向）の他の位置において、第２方向（垂直方向）上に画素開口部６が配列されれば、開口高さの合計値が大きくなり、輝度が高くなる。図４から明らかなよう、光学的開口部３の延出方向が第２の方向に一致している光学配置では、観察角度によって第１方向（水平方向）のある位置上の直線的な領域を観察することとなり、遮光部７のみ（開口高さの合計値がゼロ）が観察される場合には、輝度がゼロとなり、また、開口部６が観察される場合（開口高さの合計値が増加する場合）には、輝度が増加することとなり、結果的に、観察角度の変化に伴い周期的に輝度変化が生ずることとなる。従って、図４に示すように図２に示す比較例１に係る光学配置では、この周期的な輝度変化に基づき、観察者には、モアレが認識される。

（比較例２）
図５には、表示部の画素４が配列される垂直方向に対して、光学的開口部３の稜線８が成す角θがθ＝ａｒｃｔａｎ（１／３）に設定される光学配置（比較例２）が示されている。角度θが与えられることで、光線制御素子５を経由して見える画素開口部６の割合の変動は、図６に示すように抑制される。しかし、この状態にあっても、まだ輝度変化は大きく、実用レベル（製品レベル）の範囲に至らない問題がある。具体的には、全ての行において、輝度変化の位相が一致し、図６の輝度変化が面内または観察位置に応じた輝度変化、すなわち、モアレとして視認されてしまうことが指摘されている。

モアレの防止の為には、光学的開口部３を介して観察される行毎の輝度変化の位相がずらされ、また、光学的開口部３毎の位相がずらされ、即ち、光学的開口部３の傾き及びピッチが制御されることにより、どの角度から見ても３次元表示装置の面内の輝度が一定という条件を求めることが必要とされる。ここでは、その条件については、詳述しないこととする。

上述したように、光学的開口部３の角度を調整しても、モアレが解消しない事例があることが判明している。より具体的には、画素４の開口形状が一種類しかないＴＮ（ツイストネマチック）モードの液晶ディスプレイを表示装置１として用いた場合には、求めたモアレが解消する角度θで光線制御素子２を設計しても、ＶＡ（バーティカルアライメント）モード或いはＩＰＳモードでは、モアレが発生することが明らかになっている。

以上の結果からわかるように、光線制御素子２の光学的開口部３の傾きとピッチの調整は、輝度ムラ（モアレ）の抑制に効果があるが、それだけでは、完全にモアレを解消することはできない。発明者は、この原因を図７〜図１６を参照して以下のように考察している。

平面表示装置、特に、液晶表示装置における、ＶＡ（バーティカルアライメント）モード等では、視野角特性の非対称性を解消する目的で、２つ以上の異なる形状のサブ画素５が設計される場合がある。一般的には、あるサブ画素５Ａの開口形状が設計され、また、このサブ画素５Ａに対して線対称（図７）となるように、サブ画素５Ａとは異なる開口形状のサブ画素５Ｂ、５Ｃが設計される手法、或いは、線対称に代えて、サブ画素５Ａに対して点対称（図８）に設計されてサブ画素５Ａとは異なる開口形状のサブ画素５Ｂが設計される手法が採用されている。より詳細には、図７に示すように、あるサブ画素５Ａに対して行方向及び列方向で隣接する同色のサブ画素５Ｂ、５Ｃは、このサブ画素５Ａに対して線対称の開口形状を有するように設計される。また、図８に示す例では、あるサブ画素５Ａに対して行方向及び列方向で隣接する同色のサブ画素５Ｄは、画素５Ａに対して点対称の開口形状を有するように設計される。

この明細書では、ある画素５Ａの開口形状は、基準とされるパターンに相当することから第１パターン（基準パターン）と称し、また、この基準とされるパターンに対して線対称或いは点対称な画素５Ｂ、５Ｃの開口形状は、基準パターンとは異なるパターンとなることから、第２パターン（対称パターン）と称する。

このように、第１及び第２のパターンの組み合わせに係る画素設計を行い、第２パターンの開口を有するサブ画素５Ｂ、５Ｃと第１パターンの開口を有するサブ画素５Ａを交互に組み合わせて、例えば、市松状に配置されることによって視野角特性の非対称性を改善することができることが表示装置の分野で知られている。しかし、このような画素設計では、サブ画素ピッチより長い周期性が発生することから、光線制御素子２との組み合わせでは、この新たに発生した周期性が原因で新たな干渉(モアレ)、即ち、輝度変化が発生することとなる。

（比較例３）
図９は、上述した画素設計を基にサブ画素が配列されているある液晶表示装置（比較例３）におけるサブ画素配列と光線制御素子２の光学開口３との関係を示している。

図９に示される比較例３に係るサブ画素配列では、図２に示す配列と同様に垂直方向（第２方向）に沿う同一列に同一色（例えば、Ｒ）のサブ画素９が配列され、また、このサブ画素９の配列に隣接する同一列に他の同一色（例えば、Ｇ）のサブ画素１０が配列され、更に、このサブ画素１０の配列に隣接する同一列に更に他の同一色（例えば、Ｂ）のサブ画素１１が配列されている。同一行のＲＧＢサブ画素９、１０及び１１が１つの画素１２に定められている。図９に示すように、各サブ画素９、１０、及び１１には、電極に対応（由来）する遮光部１３Ａ及び１３Ｂ、各サブ画素９、１０、及び１１の領域を２つの
セグメントの領域に区画するように中央近傍を横切るとともに、電極に対応（由来）する遮光部１３Ａ及び１３Ｂに電気的に接続されている電極配線に対応（由来）する遮光部１４及び電極配線に対応する遮光部１４に接続されたパターンセグメントとしてのキャパシタに対応（由来）する遮光部１５によるパターンが設けられている。サブ画素９とこのサブ画素９に行方向で隣接する同色のサブ画素とは、線対称なパターンに形成され、また、サブ画素１０とこのサブ画素１０に行方向で隣接する同色のサブ画素も線対称なパターンに形成され、更に、このサブ画素１１とこのサブ画素１１に行方向で隣接する同色のサブ画素とは、線対称なパターンに形成される。ここで、図９に示される配置のみに着目して行列で各サブ画素を指定すると、第１行第１列のサブ画素９のパターンと第１行第３列のサブ画素１１のパターンとは、同一のパターンであり、これを第１パターンとすると、第１行第２列のサブ画素１０は、第２パターンに相当する。また、第２行第１列のサブ画素９のパターンと第２行第３列のサブ画素１１のパターンとは、同一のパターンであり、第２パターンに相当し、第２行第２列のサブ画素１０は、第１パターンに相当する。そして、サブ画素９の行配列では、第１パターン及び第２パターンが交互に配列されて列に沿って第１パターン及び第２パターンが市松模様を与えるように配置されている。サブ画素１０及び１１の行配列においても、第２パターン及び第１パターン或いは第１パターン及び第２パターンが交互に配列されて市松模様を生じさせている。

ここで、光学的開口部３の傾きθは、水平ピッチ（第１方向ピッチのレンズピッチ）Ｌ１［ｐｐ］及び垂直平ピッチ（第２方向ピッチのレンズピッチ）Ｌ２［ｐｐ］とすると、
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ１／Ｌ２）
ここで、水平ピッチ（第１方向ピッチ）Ｌ１＝１．５５２［ｐｐ］に、また、垂直ピッチ（第２方向ピッチ）Ｌ２＝９．０００［ｐｐ］に定められると、
θ＝ａｔａｎ（１／５．８）
となる。本来、この傾きθは、モアレが解消するはずの条件の一つであるが、結果的に図１０に示すようなモアレが面内に発生される。ここで、ｐｐは、３サブピクセルで構成される１画素のピッチであり、水平方向ピッチＬ１及びＬ２は、この画素のピッチｐｐの比で表される。

上述したように、ある列のサブ画素配列（例えば、Ｒのサブ画素配列）には、第１パターン及び第２パターンのサブ画素９が列に沿って、交互配列で、例えば、市松模様に配置されている。同様に、他の列のサブ画素配列（例えば、Ｇ及びＢのサブ画素配列）には、第２パターン及び第１パターンのサブ画素１０並びに第１パターン及び第２パターンのサブ画素１１も列に沿って市松模様に配置されている。ここで、１つのサブ画素配列、例えば、Ｇのサブ画素配列に着目して、ある１つの光学的開口部３との関係を考察すると、以下のようにモアレが生じることがシュミュレートされる。ここでは、Ｇのサブ画素配列に着目して説明するが、同様にR及びBのサブ画素についても同様であり、同様の考察が可能である。

図１１（ａ）は、１つの光学的開口部３の長軸を基準にして図３に示したと同様に観察角度を変化させた際の輝度変化をシュミュレートする為に、仮想的にＧのサブ画素配列１０が抜き出されて、θだけ傾けて描画されている。ここで、光学的開口部３の、光学的開口部３に沿った軸をＹ軸とし、この長軸（Ｙ軸）に直交するＸ軸として、このＸ軸に沿ったサブ画素開口部６の合計高さ（開口部長さＬｙの合計）と遮光部７の合計高さ（遮光部長さＳｙの合計）との割合がＹ軸上にプロットされて、図１１（ｂ）に示すような周期的に変化する波形が得られる。この図１１（ｂ）において、破線で示す範囲は、サブ画素の第２の方向の形成間隔でもある画素ピッチｐｐを、Ｘ軸に換算（投影）した距離（ｐｐ×ｓｉｎθ）に相当している。ここで、Ｘ軸は、光学的開口部３の稜線８（Ｙ軸）の法線方向に相当する。そして、サブ画素開口部６の合計高さは、法線方向（Ｘ軸上）のある位置における1以上のサブ画素開口部６の高さ（Ｙ軸上の距離）の合計を表している。同様に、遮光部７の合計高さも法線方向（Ｘ軸上）位置における1以上の遮光部７の高さ（Ｙ軸上の距離）の合計を表している。図１１（ｂ）は、図３に示したと同様に、サブ画素一列の光学的開口部３に対して観察角度を変化させた際の輝度変化に対応し、図４及び図６に観察角度の変化に基づく強度分布に相当する。実際のモアレの見え方は、この輝度変化を光線制御子の光学的開口部３越しに、どのようにサンプリングしたかで決まる。

このような周期性を有するサブ画素配列と光学的開口部３との光学配置において、サブ画素の形成間隔であるｐｐを、Ｘ軸に換算した距離（ｐｐ×ｓｉｎθ）より長い成分が発生しているかどうかは、図１１（ｂ）に示す遮光部７に対する開口部６の割合（輝度変化に相当する。）をフーリエ変換に基づいて変換すると、図１２に示すような周波数スペクトル（周波数成分の有無とその振幅）が得られる。この周波数成分の分布を表す図１２から明らかなように、サブ画素ピッチ由来の周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）及びこの周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）より周波数の低い、周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ×１／２）の周波数成分の振幅が発生してモワレが生ずることが判明している。

（比較例４）
図１３には、比較例４として第２パターンを用いずに図９に示した第１パターンのサブ画素のみで画素１２が構成され、図９に示したサブ画素配列とは、異なり第２パターンを有するサブ画素を含まず、市松模様を生じさせないサブ画素配列が示されている。

ここで、図９に示した光学系と同様に傾きθを第２方向(垂直方向）に対して成すように光学的開口部３が配置されるが、この配置では、図１４にしめすように、図１０に示すようなモアレが抑制されていることがわかる。すなわち、モアレを抑制するように光線制御子の光学的開口部が設計されている。この図１３に示す配置において、図１５（ａ）に示すように、１つのサブ画素配列、例えば、Ｇのサブ画素配列に着目して、図１１（ｂ）に示したと同様にある光学的開口部３の長軸を基準にして観察角度を変化させた際の輝度変化を計算すると、図１１（ｂ）と同様に図１５（ｂ）に示すような周期的に変化する波形が得られる。ここでは、Gのサブ画素についてのみ述べたが、R又はBのサブ画素配列に着目しても、それぞれ同様に周期的に変化する波形を得ることができる。図１５（ａ）において、破線で示す範囲が１画素のＸ軸上距離（ｐｐ×sinθ）に相当している。ここで、Ｘ軸は、光学的開口部３の稜線８（Ｙ軸）の法線方向に相当する。そして、図１５（ｂ）においては、サブ画素開口部６の合計高さ（開口部長さＬｙの合計）と遮光部７の合計高さ（遮光部長さＳｙの合計）との割合がＹ軸上にＸ方向の変化としてプロットされている。この図１５（ｂ）から明らかなように、距離（ｐｐ×sinθ）の周期で、遮光部７に対する開口部６の割合が変動しており、この図１５（ｂ）に示す輝度変化の特性は、サブ画素の形状が単一であることを示している。図１５（ｂ）をフーリエ変換によって図１６に示すような周波数スペクトル（周波数成分の有無とその振幅）に変換することができる。

図１２と図１６とを比較すると、図１２で発生していた、サブ画素由来の周波数の１／２の周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ×１／２）が図１６では全くない。そして、図１０で発生していたモアレが図１４では解消していることが判明している。即ち、第１パターンと第２パターンとの２種類のサブ画素９、１０、及び１１が交互配列、例えば、市松状に設けたために、輝度変化にサブ画素９、１０、及び１１に起因する波長成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）より周波数の低い、波長成分（ｐｐ×ｓｉｎθ×１／２）の周波数成分が発生し、これが原因で新たなモアレが発生することが明らかである。

（実施例１）
サブ画素９、１０、及び１１及びこのサブ画素９、１０、及び１１で構成される画素１２の開口形状は、最良の表示特性を実現するために設計されている３次元映像表示装置において、モアレが発生するからといって、その平面表示部で表示されるサブ画素及び画素の形態を自由に変更することはできない。しかしながら、上述の考察を踏まえると、（ｐｐ×ｓｉｎθ）より長い輝度変化の周波数特性がモワレの１つの原因であれば、画素の開口形状をほぼ維持した状態で、輝度変化の（ｐｐ×ｓｉｎθ）より長い周波数成分を抑制することは可能である。換言すれば、画素形状が単一でなくても、輝度変化の長波長成分を抑え、モアレを抑制することができることを意味している。

この考察下において、発明者は、その位置が移動されても表示特性に影響を与えない遮光部の一部（パターンセグメント）についてレイアウト(配置）を変更することができることに着目し、レイアウト(配置）の変更によってモアレを抑制することができるとしている。より具体的には、遮光部には、電極に対応（由来）する遮光部１３Ａ，１３Ｂ、電極１４及びキャパシタに対応（由来）する遮光部１５等があるが、遮光部の一部としてのキャパシタに対応（由来）する遮光部１５について着目し、図１７に示すようにパターンセグメントを構成するキャパシタに対応（由来）する遮光部１５のレイアウトが変更されている。図１７の配置では、図９に示される基本配置が採用されているが、第１パターンのサブ画素９、１０及び１１のキャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５がサブ画素中の領域の左下に配置され、同様に第２パターンのサブ画素９、１０及び１１のキャパシタに対応する遮光部１５もサブ画素中の領域の左下に配置され、第１パターンのサブ画素９、１０及び１１のキャパシタに対応する遮光（パターンセグメント）１５が第２パターンのサブ画素９、１０及び１１のキャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５とほぼ同一の位置にシフトされている。このシフトによって、互いに隣接するサブ画素の開口部６内では、略同一位置（開口部内における相対位置が同一である。）にキャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５が配置されている。ここで、キャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５を除き、サブ画素９とこのサブ画素９に行方向で隣接するサブ画素とは、線対称なパターンに形成されている。また、同様に、キャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５を除き、サブ画素１０とこのサブ画素１０に行方向で隣接するサブ画素も線対称なパターンに形成され、更に、キャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５を除き、このサブ画素１１とこのサブ画素１１に行方向で隣接し、異なる画素に属するサブ画素とは、線対称なパターンに形成されている。また、同一列では、第１パターンのサブ画素及び第２パターンのサブ画素が交互に配置されている。

尚、図１７に示される表示装置は、キャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５の位置を除き、図９に示されるサブ画素パターンと同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。図１７に示される配置は、図９に示される配置に関する説明を参照されたい。

また、実際の設計では、遮光部の一部のシフト、上述した実施の形態では、キャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５のシフトに伴い、垂直方向の配線も水平方向にシフトされて、サブ画素内の左右の面積比が維持される等の他の変更が必要とされる。しかし、サブ画素内の左右の面積比が維持されることが必要とされるに説明を留め、その変更に係る設計事項の詳細に関しては、説明を省略する。

図９を参照して説明されるように、線対称性を有する第１パターン及び第２パターンの２種類の画素が採用されることによって、２倍の波長の成分が発生しているメカニズムを踏まえると、２倍の波長成分を抑制するためには、対称にする必要がない素子、例えば、上述した実施の形態では、キャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５については、出来る限り同じ位置に設けることがモワレ抑制に効果的とされる。このような配置の変更によって、１／２倍の周波数成分の振幅が大きく抑制され、図１８に示すようにモアレも大幅に抑制される。

図１９（ａ）には、図１１（ａ）及び図１５（ａ）と同様に、図１７に示す画素配列における１つのサブ画素配列、例えば、Ｇのサブ画素配列がある１つの光学的開口部３とともに示されている。この図１９（ａ）の配列を基に、図１９（ｂ）に示すようにＸ軸に沿ったサブ画素開口部６の合計高さ（開口部長さＬｙの合計）と遮光部７の合計高さ（遮光部長さＳｙの合計）との割合がＹ軸上にプロットされて、図１１（ｂ）及び図１５（ｂ）と同様に、周期的に変化する波形が得られる。同様にR及びBのサブ画素配列についても周期的に変化する波形を得ることができる。そして、図１９（ｂ）に示される遮光部７に対する開口部６の割合（輝度変化に相当する。）がフーリエ変換されて図２０に示す周波数スペクトル（周波数成分の有無とその振幅）が得られる。この図２０から明らかなように、サブ画素ピッチ由来の周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）及びこの周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）より周波数の低い、周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ×１／２）の周波数成分の振幅が抑制されてモワレがより抑制されることが理解される。このように１／２倍の周波数成分の干渉によるモアレが図１８に示すように大幅に抑制される。

（実施例２）
図２１には、更に他の実施例２に係る表示装置が示されている。図２１に示される表示装置においては、図１７に示されるサブ画素９、１０、及び１１と同様に遮光部の一部としてのキャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５がサブ画素９、１０、及び１１内の領域の同一位置に配置されるとともに、よりモアレを抑制するために、開口部６の調整の為に付加的な遮光部１６Ａ、１６Ｂがサブ画素９、１０、及び１１内の領域に設けられている。換言すれば、図２１に示される画素配列では、２種類のサブ画素が市松状に設けられ、部分的に遮光部が付加されて対称性を失うようにレイアウトが変更されている。この遮光部１６Ａ、１６Ｂがサブ画素９、１０、及び１１内の領域に付加されることによって、開口部６の形状及び面積が調整されて２倍の波長成分が更に抑制されて図２２に示すようにモアレがより低減される。

図２３（ａ）には、図１１（ａ）、図１５（ａ）及び図１９（ａ）と同様に、図２２に示す画素配列における１つのサブ画素配列、例えば、Ｇのサブ画素配列がある１つの光学的開口部３とともに示されている。この図２３（ａ）の配列を基に、図２３（ｂ）に示すようにＸ軸に沿ったサブ画素開口部６の合計高さ（開口部長さＬｙの合計）と遮光部７の合計高さ（遮光部長さＳｙの合計）との割合がＹ軸上にプロットされて、図１１（ｂ）、図１５（ｂ）及び図１９（ｂ）と同様に、周期的に変化する波形が得られる。同様にR及びBのサブ画素配列についても周期的に変化する波形を得ることができる。そして、図２３（ｂ）に示される遮光部７対する開口部６の割合（輝度変化に相当する。）がフーリエ変換されて図２４に示す周波数スペクトル（周波数成分の有無とその振幅）が得られる。この図２４から明らかなように、サブ画素ピッチ由来の周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）及びこの周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）より周波数の低い、周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ×１／２）の周波数成分の振幅が抑制されてモワレがより抑制されることが理解される。このように輝度変化が著しい１／２倍の周波数成分が大きく抑制され、図１８に示すようにモアレもより大幅に抑制される。

２倍の波長成分に拘らずとも、輝度変化の振幅が抑制されることは、面内輝度均一性の向上に寄与することができる。なぜなら、光学的開口部３の傾きの制御は、光学的開口部３によりサンプリングした輝度の差を面積的に均一化することによるモアレの解消であり、輝度差そのものが小さいことは、例えば光線制御素子の貼り付け誤差のマージンを広げることができ、面内の輝度の分布によるざらざらとした印象を低減することができるメリットがある。

（実施例３）
図２５は、更に他の実施形態に係る表示装置が示されている。図２５に示される表示装置においては、図１７に示されるサブ画素９、１０、及び１１と同様に遮光部の一部としてのキャパシタに対応する遮光部（パターンセグメント）１５がサブ画素９、１０、及び１１内の領域の同一位置に配置されるとともに、よりモアレを抑制するために、開口部６の調整の為に付加的な遮光部１６Ａ、１６Ｂがサブ画素９、１０、及び１１内の領域に設けられ、更に、他の遮光部１７Ａ、１７Ｂが電極に対応する遮光部１３Ａに付加されている。電極に対応する遮光部１３Ａに遮光部１７Ａ、１７Ｂが付加された結果、図２１に示される電極に由来する遮光部１３Ａが正方形に対して図２５に示される電極に対応する遮光部１３Ａは、長方形に形成されている。このように遮光部１６Ａ、１６Ｂ及び１７Ａ、１７Ｂが適切な位置に追加されることにより、周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）も含めて、長波長側の周波数成分を抑制することができ、図２６に示すように、面内の輝度分布をさらに抑制し、モワレの生成を抑制することができる。

図２７（ａ）には、図１１（ａ）、図１５（ａ）、図１９（ａ）及び図２３（ａ）と同様に、図２５に示す画素配列における１つのサブ画素配列、例えば、Ｇのサブ画素配列がある１つの光学的開口部３とともに示されている。この図２７（ａ）の配列を基に、図２７（ｂ）に示すようにＸ軸に沿ったサブ画素開口部６の合計高さ（開口部長さＬｙの合計）と遮光部７の合計高さ（遮光部長さＳｙの合計）との割合がＹ軸上にプロットされて、図１１（ｂ）、図１５（ｂ）、図１９（ａ）及び図２３（ａ）と同様に、周期的に変化する波形が得られる。同様にR及びBのサブ画素配列についても周期的に変化する波形を得ることができる。そして、図２７（ｂ）に示される遮光部７に対する開口部６の割合（輝度変化に相当する。）がフーリエ変換されて図２８に示す周波数スペクトル（周波数成分の有無とその振幅）が得られる。この図２８から明らかなように、サブ画素ピッチ由来の周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）及びこの周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ）より周波数の低い、周波数成分（ｐｐ×ｓｉｎθ×１／２）の周波数成分が低減されてモワレがより抑制されることが理解される。このように１／２倍の周波数成分の振幅が抑制され、１／２の周波数成分が原因の面内の輝度分布の変動もさらに抑制されて図２６に示すようにモアレもより大幅に抑制される。

以上の実施の形態では、第１及び第２のパターンの組み合わせについて述べたが、この実施の形態の適用においては、これに限らず、第１のパターンが基準パターンとされ、第２のパターンが基準パターンに対する線対称パターンとされ、更に、第３のパターンが基準パターンに対する点対称パターンとされて第１、第２及び第３のパターンが組み合わせて配列されても、以上に述べた手法を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色についてそれぞれに適用することによって、モアレを解消することができる。

さらに述べれば、複数パターンの画素が周期的にもうけられた場合には、かならずその周期性に由来する、サブ画素の周期より長い周期が発生するが、当該実施の形態で述べた手法を用いて輝度変動からサブ画素の周期より長い周期を抑制することにより、モアレが改善される。

以上のように、この実施例によれば、周期性が１方向に限定された光線制御素子と平面表示装置を組み合わせた３次元映像表示装置において、光学的開口部３の傾きの制御に加えて、画素形状を改変することで、モアレを解消し、３次元映像の画質を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１．．．表示装置、２．．．光線制御素子、３．．．光学的開口部、４．．．画素、５、５Ａ，５Ｂ、５Ｃ．．．サブ画素、６．．．サブ画素開口部、７．．．サブ画素遮光部、８．．．光学的開口部の稜線、９、１０、１１．．．サブ画素、１２．．．画素、１３Ａ，１３Ｂ．．．電極に対応する遮光部、１４．．．電極に対応する遮光部、１５．．．キャパシタに対応する遮光部

Claims (10)

1. 第１の方向及びこの第１方向に直交する第２の方向に沿って画素がマトリクス状に配列され、当該画素が異なる色を表示する複数のサブ画素で構成されている表示部であって、
   前記サブ画素が夫々当該サブ画素の色を表示する開口部及びこの開口部を定める遮光部で第１及び第２のパターンの一方を有するように構成され、
   前記同色のサブ画素が前記第２方向に沿って前記第１及び第２パターンの交互配列或いは前記第２及び第１パターンの交互配列で配列されることで、前記第２方向で隣接する画素内の同色の前記サブ画素に互いに線対称及び点対称の関係が与えられないように前記サブ画素がマトリクス状に配列されている表示部と、
   前記表示部に対向して設置される光線制御素子であって、前記第２の方向に対してある角度θを成すように傾けられて直線状に延出され、かつ、この延出方向に直交する方向に沿って配列されている複数の光学的開口部から構成されている光線制御素子と、
   を具備することを特徴とする３次元画像表示装置。
2. 前記ある角度θが前記第１方向に沿った第１周期Ｌ１及び前記第２の方向に沿った第２周期Ｌ２の比で与えられるａｔａｎ（Ｌ１／Ｌ２）に定められていることを特徴とする請求項１に記載の３次元映像表示装置。
3. 前記サブ画素は、前記光学的開口部の延出方向に沿った開口長さＬｙを有し、前記延出方向に直交する方向に沿う位置における前記サブ画素が有する前記開口長さＬｙの合計は、前記延出方向に直交する方向に沿って変化されることを特徴とする請求項１に記載の３次元映像表示装置。
4. 前記サブ画素の遮光部は、前記表示部内のキャパシタに由来して遮光部を構成するパターンセグメントを含み、このパターンセグメントの配置が前記第１及び第２のパターンで異なり、このパターンセグメントの配置が前記互いに線対称及び点対称を与えないマトリクス状配列であることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像表示装置。
5. 互いに隣接する前記サブ画素においては、前記開口部内の同一位置に前記キャパシタに由来する遮光部を構成する前記パターンセグメントが位置されていることを特徴とする請求項４に記載の３次元映像表示装置。
6. 前記パターンセグメントの配置が前記互いに線対称或いは点対称を与えないマトリクス状配列であり、しかも、前記サブ画素が有する前記開口長さＬｙの変化に基づく前記周波数成分における振幅の変動が抑制されていることを特徴とする請求項３に記載の３次元画像表示装置。
7. 前記延出方向に直交する方向に沿う前記サブ画素開口部の変化に基づく周波数成分は、前記サブ画素の形成ピッチに由来する周波数成分（ｐｐ・ｓｉｎθ）及びこの周波数成分（ｐｐ・ｓｉｎθ）よりも周波数成分の低い周波数成分を含み、この低い周波数成分の振幅がより抑制されるように、前記第１及び第２のパターンの前記遮光部は、前記サブ画素に対して互いに線対称及び点対称を与えない、部分的に付加された遮光部を含むことを特徴とする請求項３に記載の３次元映像表示装置。
8. 前記光線制御素子は、液晶レンズであることを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。
9. 前記光線制御素子は、バリアであることを特徴とする請求項１記載の３次元画像表示装置。
10. 前記表示部は、前記同色のサブ画素がさらに、前記第１方向に沿って前記第１及び第２パターンの交互配列或いは前記第２及び第１パターンの交互配列で配列されることで、前記第２方向で隣接する画素内の同色の前記サブ画素に互いに線対称及び点対称の関係が与えられないように前記サブ画素がマトリクス状に配列されている請求項１記載の３次元画像表示装置。

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